Izolovaný systém v termodynamike: definícia, vlastnosti a príklady

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:20

V termodynamike existuje niekoľko typov systémov: izolované a neizolované. Kde sa nachádzajú, kedy sa používajú, ukazuje, aké užitočné môžu byť a ako sa o ne starať. V opačnom prípade, ak sa ukáže, že takéto systémy sú škodlivé pre ľudskú prácu, ako sa ich zbaviť.

Čo je toto?

Izolovaný systém je absolútne akékoľvek nahromadenie atómov a molekúl (veci, planéty, ľudského tela), ktoré uchováva energiu všetkej hmoty. Takýto systém je úplne izolovaný od vonkajšieho sveta, nazýva sa aj uzavretý.

Podstatou izolovaného systému je, že pri všetkej svojej túžbe sa nebude deliť o teplo, neplytvá energiou, látku mu bude treba odobrať násilím. Môžete sa napríklad pozrieť na akvárium. Vo vnútri prebiehajú procesy: ryby umierajú, voda sa zhoršuje, škrupiny sa zrútia. Akvárium ale neprichádza do kontaktu s vonkajším prostredím.

Ďalším príkladom izolovaného systému je železo – samo nebude míňať energiu, nebude zdieľať látky. Takýto jav možno pozorovať v tankových motoroch, slnečnej sústave - vo všetkom, čo nezdieľa energiu s ostatnými.

Do uzavretých izolovaných systémovnemôžete vziať auto - pohybuje sa určitou rýchlosťou samo! Nepatrí sem ani čajníky, rastliny, živé organizmy – tie zdieľajú látky s vonkajším svetom. Živé organizmy vylučujú produkty látkovej premeny, rastliny - kyslík, varná kanvica - para pri varení.

Zaujímavý fakt: uzavretý systém sa nazýva systém, kde súčet vyprodukovaných síl a práce je rovný nule a izolovaný – kde telesá jednoducho pôsobia oddelene od ostatných systémov. Súčasne izolovaný systém nie je vždy uzavretý, ale uzavretý systém bude nevyhnutne izolovaný.

Pohyb je pasca

Je tu jedna výhrada: nemôžu sa pohybovať sami, ale ak nimi niekto pohne, pravidlo nie je porušené. Takže, ak vezmete izolovaný systém a hodíte ho z výšky, náhodou ho spadnete, spadnete z padáka - na tom nezáleží, neprestane byť izolovaný. Pokiaľ sa, samozrejme, pri takýchto akciách nerozbije - tá istá fľaša vody hodená z výšky uvoľní všetku vodu - zdieľajte hmotu s inými systémami - čo znamená, že systém už nebude zatvorený.

Tento popis sa hodí na pištoľ a guľku - nefunguje bez prsta na spúšti, ťažké telo a Zem - nič sa nestane, ak telo nestlačíte k zemi.

Do úvahy treba brať aj teplo

Izolovaný systém v termodynamike je makrotelo, ktoré nikdy nezdieľa vôbec nič: energia, hmota a teplo neprekračujú hranice systému. Príkladom je termoska. Udržiava stupeň naliateho čaju, nápoja bez ľudského zásahu násilne (otvorte a nalejtesám) nebude zdieľať a nikde nemíňa energiu.

Okrem toho, izolovaný systém sa vždy snaží dosiahnuť termodynamickú rovnováhu a na to, aby ho z tohto stavu dostal, je potrebný niekto iný. To znamená, že ak uvedieme príklad tej istej termosky, tak pri dlhom pobyte v prostredí čaj predsa len vychladne. Preto je potrebný človek, ktorý ho opäť zaleje horúcim čajom a systém bude opäť termodynamicky izolovaný.

Prečo je to potrebné?

Koncept izolovaného systému zahŕňa mnoho mechanizmov, systémov a ekosystémov. Človek potrebuje porozumieť tomu, ako je usporiadaný, aby sa o neho mohol správne starať. Ak ide o akvárium, potom predtým, ako do neho vleziete rukami a nohami a pokúsite sa ho vyčistiť, musíte najprv zistiť, ako urobiť všetko, aby ste ho nerušili. Ak sú to mechanizmy alebo zariadenia - ako ich používať, aby neskôr nebolo neznesiteľne bolestivé ich opravovať.

Zároveň, ak to vezmeme v globálnom meradle, púšť je tiež izolovaný systém: v jej vnútri prebiehajú určité mechanizmy životnej činnosti, ktoré ju neprekračujú. Lesy, stepi, sopky a atmosféra slúžia ako relatívne izolované ekosystémy. Ľudia, ktorí nerozumejú tomu, ako fungujú, si niekedy neuvedomujú rozsah problémov, ktoré spôsobujú.

Je tu ešte jedno „ale“. Izolovaný systém nikdy nebude existovať úplne oddelene od ostatných systémov. Ale tento koncept existuje. Je vhodný na výpočty v matematike, termodynamike, chémii a fyzike. Všetkyenergia a hmota, ktoré izolovaný systém vyžaruje, sa považujú za nulové a pracujú s číslami, ktoré sú momentálne potrebné.

Izolujte neizolovaných

Aj otvorený systém sa môže izolovať, ak ho niečo oddeľuje od prostredia. Adiabatický systém funguje ako prepážka, ktorá slúži ako plášť pre otvorený systém, vďaka čomu je uzavretý. Dá sa to prirovnať k fólii omotanej okolo predmetu, ktorý sa ho snaží chrániť pred slnečnými lúčmi.

Ak sa na to pozriete v širšom zmysle, tak atmosféra pre Zem môže slúžiť ako príklad – chráni planétu pred kozmickými vplyvmi a slúži ako škrupina, ktorá nám dáva život.

Pre uzavretý izolovaný systém platí zákon zachovania hybnosti: Súčet impulzov v uzavretom systéme zostáva konštantný, bez ohľadu na to, ako telesá v systéme navzájom interagujú. A je to tak správne: aj keď sa sila impulzov môže meniť s časom, okolnosťami, príležitosťami, ich súčet zostane stále konštantný.

Hrubá bodka na konci…

Záver teda vyzerá takto:

• Izolovaný systém je čo najviac nezávislý od svojho prostredia, pričom v sebe produkuje energiu, prácu a hmotu. Zostane konštantná a zároveň sa bude snažiť o rovnováhu.
• Uzavretý izolovaný systém tiež nebude závisieť od podmienok prostredia, nebude od seba nič rozlišovať, ale práca v ňom bude celkovo rovná nule. To znamená, že zákon zachovania hybnosti buderozšíriť na takýto systém a nie na otvorený.
• Izolovaný systém v termodynamike nebude závisieť od tepla prostredia. Stavbári sa snažia tento stav dosiahnuť pri zatepľovaní domov. Mimochodom, pena môže ľahko slúžiť ako adiabatická škrupina domu, čo z neho robí izolovaný systém.
• Izolovaný systém v princípe neexistuje: všetko s niečím interaguje. Ak akvárium zatvoríte, voda bude chudobná na kyslík a ryby uhynú. Aj tak zostávajú v mínuse.

Veda potrebuje izolované systémy, aby bol experiment čistý – niektoré veličiny možno zanedbať. Ale v živote - potrebujú správnu starostlivosť a používanie.